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硬度知識大全---那些我們熟知的硬度計

發表日期:2016年12月23日     點擊擊數: 2635 次   

生活中,大家經常接觸到2B鉛筆,時而互相調侃。鉛筆其實除了2B,還有HB等等。學工科以后就會去猜想:這個2B到底是什么意思?



作為一個理論力學剛好及格出頭的小編,直觀的思維就是:硬度。想當年物理老師還告訴我們,最軟的是滑石、石墨,比較硬的有鉑金啊,鋼鐵,最硬的那些就是很貴很貴各種高大上的寶石,水晶、剛玉、鉆石。其實這個就是“莫氏硬度”。 


莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標準,分成十個等級。



說回到鉛筆,鉛筆中:B=BLACK(黑度),H=HARD(硬度),B數越多鉛筆就越黑越軟,H數越多就越硬顏色越淺。鉛筆硬度等級排序:10B、9B、8B、7B、6B、5B、4B、3B、2B、B、HB、F、H、2H、3H、4H、5H、6H、7H、8H、9H、10H。10B最軟墨最深,10H最硬墨最淺。所以它不是莫氏硬度。

 

  (扯了這么多,其實就想引出今天的話題:硬度。凹死小編了,看在這么辛苦的份上怎么也在文章末尾點一下大拇指吧!)

 

  一、什么是硬度

 

金屬重要的性質之一是硬度。鐵釘子可以釘入木頭是因為鐵比木頭硬。將另一物體向某一物體表面壓入時,該物體的抵抗能力就是硬度。歸結到定義就是材料通過永久塑性變形抵抗外加載荷的強度性能



二、常見的硬度

 

  在硬度檢測中,我們經常會看到布氏、洛氏、維氏這些詞語。它們是什么意思呢?小編現在慢慢向您說來......

  我們知道硬度是當一個物體向某一物體壓入時,該物體的抵抗能力。那么科學家們就根據這個原理將測試分為兩大類:劃痕硬度壓入硬度

 

所謂的劃痕硬度,簡單來說是用不同硬度的鉛筆劃待測物體表面



壓入硬度是將某種材質、形狀的壓頭以一定的負載和速度壓入待測物體,然后根據壓痕的面積、大小或者深度來計算。其中壓入硬度根據壓入速度不一樣分為靜載壓入硬度動載壓入硬度(也叫回跳硬度)。

金屬硬度大多屬于靜載壓入硬度。

 

三、常見的壓入硬度(布氏、洛氏、維氏)

布氏硬度

用一定直徑(D)的硬質合金球體壓頭,以相應的載荷FkgfN)壓入試樣表面,經規定保持時間(T)后卸載。布氏硬度的定義即為試驗力F除以壓痕球形表面積(S)所得的商。




計算公式:



注:

①HBS表示壓頭為淬硬鋼球,用于測定布氏硬度值在450以下的材料,如軟鋼、灰鑄鐵和有色金屬等。

②HBW表示壓頭為硬質合金,用于測定布氏硬度值在650以下的材料。

③適用于鑄鐵、非鐵合金,各種退火、調質鋼材。


洛氏硬度

樣件特別硬時,布氏硬度無法提供準確試驗。洛氏硬度就登場了。

試驗的原理是在初始載荷和載荷先后作用下,將金剛石圓錐體或淬火鋼球壓頭壓入試樣表面,經規定保持時間后卸載,用增加的壓痕深度來計算。





計算公式: HR=k—h/0.002。當壓頭為金剛石時,k=100;當壓頭為淬火鋼球時,k=130。

對于洛氏硬度,優點是壓痕小不損壞工件,操作簡便適合批量檢測。缺點也在于壓痕小,試驗值較分散,易引起操作誤差。

注:

①HRA是采用60Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度很高的材料。例如:硬質合金。

②HRB 是采用100Kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球求得的硬度,用于硬度較低的材料。例如:軟鋼、有色金屬、退火鋼、 鑄鐵等。

③HRC 是采用150Kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度,用于硬度較高的材料。例如:淬火鋼等。

④因為洛氏測量是壓痕深度,所以樣品的粗糙度Ra≦0.8um。

⑤對試樣的最小厚度H要求不小于壓痕深度的h的10倍。


維氏硬度

為了從軟到硬的各種金屬材料用一個壓頭來測得連續一致的硬度標度,就產生了維氏硬度測量法。

維氏硬度的試驗原理與布氏硬度相同,也是根據壓痕單應面積所承受的試駐力來計算硬度值。維氏硬度用夾角136度的金剛石四棱錐體壓頭,使用很小試驗力F0.5125102050kg力)壓入試樣表面,測出壓痕對角線長度d,計算得到壓痕表面積,用F/S比值衡量硬度大小。






計算公式:HV=1.8544P/L2

注:

① 表示方法:在HV前面寫硬度值,HV后面按順序寫試驗力(用kgf表示)和試驗力保持時間(用s表示),一般保持時間為l0~15s的,可不注明時間。例如640HV30/20,表示用30kg持時間為20s條件下測得的硬度值為640。


四、硬度之間的關系

對于壓入硬度中的布氏、洛氏和維氏硬度來說,經過長期的積累工程師們已經把它和與靜強度指標(抗拉強度)建立了經驗換算關系。

 

  1.努氏硬度與維氏硬度的換算

  (1)以相同硬度的物體對努氏維氏兩種壓頭具有相等的抗力為依據,分別對維氏努氏兩種壓頭在加載荷下的應力進行推導,再根據σHK=σHV得出:HV=0.968HK。本公式是在低載荷下測得,誤差比較大。此外在硬度值大于HV900時此公式誤差很大,失去參考價值。

 

  (2)經過推導與修正提出努氏硬度與維氏硬度的換算公式為




經實際數據驗證,該公式的最大相對換算誤差為0.75%,具有較高的參考價值。

 

  2.洛氏硬度與維氏硬度的換算

  (1)對Hans·Qvarnstorm提出的The Qvarnstorm換算公式





進行修正后得出洛氏硬度與維氏硬度的換算公式為:




此公式用我國公布的黑色金屬硬度標準數據進行換算,其HRC誤差基本上在±0.4HRC 范圍內,其最大誤差也僅士0.9HRC,計算的HV誤差最大為±15HV。

 

  (2)根據不同壓頭所受應力σHRCHV,通過對洛氏硬度與維氏硬度壓痕深度關系曲線的分析得出公式



本公式與國家標準實驗換算值對照,換算式計算結果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

 

  (3)根據實際的實驗數據利用線性回歸的方法對洛氏硬度與維氏硬度的換算進行探討,得出公式:




本公式使用范圍小,誤差較大,但計算簡便,在對精度要求不高時可以使用。

 

  3.洛氏硬度與布氏硬度的換算

  (1)對布氏壓痕和洛氏壓痕深度關系進行分析,根據壓頭的應力σHRCHB得出換算公式




計算結果與國家標準實驗值對照,換算式計算結果與標準實驗值之誤差為±0.1HRC。

 

  (2)根據實際實驗數據用線性回歸法得到公式




公式誤差偏大,使用范圍偏小,但計算簡便,在對精度要求不高的情況下可以使用。

 

  4.布氏硬度與維氏硬度的換算

  布氏硬度與維氏硬度的關系,同樣根據σHBHV得出公式




此公式換算結果與國家標準換算值對照,換算誤差為±2HV。

 

  5.努氏硬度與洛氏硬度的換算

  因為努氏硬度與洛氏硬度的對應曲線類似于拋物線,故由曲線得出近似的換算公式為



 此公式比較精確,可以作為使用參考。


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